Question

3．鐵元素是重要的金屬元素，單質(zhì)鐵在工業(yè)和生活中使用得最為廣泛．鐵還有很多的化合物及其化學(xué)反應(yīng)，如鐵與水的反應(yīng)：3Fe（s）+4H₂O（g）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H
（1）已知：
①3Fe（s）+2O₂（g）?Fe₃O₄（s）△H ₁=-1118.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（g）△H₂=-483.8kJ/mol
③2H₂（g）+O₂（g）?2H₂O（l）△H₃=-571.8kJ/mol
則△H=-150.8KJ/mol（計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）．
（2）在t℃時(shí)，該反應(yīng)的平衡常數(shù)K=16，在2L恒溫恒容密閉容器甲和乙中，分別按如表所示   加入物質(zhì)，在t℃時(shí)反應(yīng)經(jīng)過一段時(shí)間后達(dá)到平衡．

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
甲/mol	1.0	1.0	1.0	1.0
乙/mol	1.0	1.5	1.0	1.0

①甲容器中H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率為33.3%（結(jié)果保留一位小數(shù)）
②下列說法正確的是B（填序號(hào)）
A．若容器壓強(qiáng)恒定，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
B．若容器內(nèi)密度恒定，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)
C．甲容器中H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率大于乙容器中H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率
D．增加Fe₃O₄就能提高H₂O的轉(zhuǎn)化率
（3）若將（2）中裝置改為恒容絕熱（不與外界交換能量）的裝置，按下表充入起始物質(zhì)，起始時(shí)與平衡后的各物質(zhì)的量見表：

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
起始/mol	3.0	4.0	0	0
平衡/mol	m	n	p	q

若在達(dá)平衡后的裝置中繼續(xù)加入A、B、C三種狀況下的各物質(zhì)，見下表：

	Fe	H2O（g）	Fe3O4	H2
A/mol	3.0	4.0	0	0
B/mol	0	0	1.0	4.0
C/mol	m	n	p	q

當(dāng)上述可逆反應(yīng)再一次達(dá)到平衡狀態(tài)后，將上述各裝置中H₂的百分含量按由大到小的順序排列B＞C＞A（用A、B、C表示）．
（4）一種以甲醇做燃料的電池示意圖如圖，寫出該電池放電時(shí)負(fù)極的電極反應(yīng)式：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)熱化學(xué)方程式的書寫方法，標(biāo)注物質(zhì)聚集狀態(tài)和對(duì)應(yīng)焓變寫出，依據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)的焓變；
（2）①根據(jù)初始的量，利用K的值結(jié)合三段式求算；
②可逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等（同種物質(zhì)）或正逆反應(yīng)速率之比等于系數(shù)之比（不同物質(zhì)），平衡時(shí)各種物質(zhì)的物質(zhì)的量、濃度等不再發(fā)生變化，由此衍生的一些物理量不變；
（3）恒容絕熱根據(jù)反應(yīng)時(shí)溫度變化，判斷平衡移動(dòng)，分析氫氣的百分含量；
（4）甲醇燃料在原電池中做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：（1）已知：
①3Fe（s）+2O₂（g）═Fe₃O₄（s）△H₁=-1118.4kJ/mol
②2H₂（g）+O₂（g）═2H₂O（g）△H₂=-483.8kJ/mol
根據(jù)蓋斯定律可知①-②×2得：
3Fe（s）+4H₂O（g）═Fe₃O₄（s）+4H₂（g）△H
△H=△H ₁-2△H₂=-1118.4kJ/mol+483.8kJ/mol×2=-150.8KJ/mol；
故答案為：-150.8KJ/mol；
（2）①設(shè)甲容器中達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化的水的物質(zhì)的量為xmol，
               3Fe（s）+4H₂0（g）?Fe₃O₄（s）+4H₂（g）
起始量（mol）：1        1        1          1
轉(zhuǎn)化量（mol）：x                   x
平衡量（mol）：1-x               1+x
則K=$\frac{c{\;}^{4}（H{\;}_{2}）}{c{\;}^{4}（H{\;}_{2}O）}$=$\frac{（1+x）{\;}^{4}}{（1-x）{\;}^{4}}$=16，所以x=$\frac{1}{3}$，則甲容器中H₂O的平衡轉(zhuǎn)化率為$\frac{\frac{1}{3}}{1}$×100%=33.3%，
故答案為：33.3%；
②A、該反應(yīng)為氣體體積不變的反應(yīng)，所以容器內(nèi)壓強(qiáng)始終不變，不能用壓強(qiáng)判斷平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；
B、水蒸氣的密度與氫氣的密度不同，所以當(dāng)容器內(nèi)的密度不變時(shí)，即是平衡狀態(tài)，故B正確；
C、設(shè)乙中水轉(zhuǎn)化了xmol，則$\frac{（\frac{1+x}{2}）{\;}^{4}}{（\frac{1.5-x}{2}）{\;}^{4}}$=K=16，則x=0.667，所以乙中水的轉(zhuǎn)化率為$\frac{0.667}{1.5}$×100%=44.4%，所以大于甲中轉(zhuǎn)化率33.3%，故C錯(cuò)誤；
D、增加固體的量平衡不移動(dòng)，所以水的轉(zhuǎn)化率不變，故D錯(cuò)誤；
故答案為：B；
（3）由于反應(yīng)前后氣體體積相等，所以C條件下，平衡不移動(dòng)，氫氣的體積分?jǐn)?shù)與平衡是相同；A狀況下，反應(yīng)正向進(jìn)行生成氫氣，反應(yīng)放出熱量使容器溫度升高，抑制反應(yīng)繼續(xù)生成氫氣，故氫氣體積分?jǐn)?shù)較低，B狀況下反應(yīng)逆向進(jìn)行生成Fe和水，是吸熱過程，使容器溫度降低，抑制反應(yīng)繼續(xù)消耗氫氣，所以氫氣的體積分?jǐn)?shù)較高，故H₂的百分含量按由大到小的順序排列：B＞C＞A；
故答案為：B＞C＞A；
（4）依據(jù)圖示分析，甲醇做負(fù)極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，在熔融鹽做電解質(zhì)中發(fā)生的電極反應(yīng)為：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O；
故答案為：CH₃OH-6e^-+3O^2-=CO₂↑+2H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了化學(xué)平衡常數(shù)、蓋斯定律、平衡狀態(tài)的判斷、原電池原理等，題目綜合性較強(qiáng)，難度較大，側(cè)重于對(duì)有關(guān)原理應(yīng)用的考查．